Напряжение в физике обозначение: Эта страница ещё не существует — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Электрическое напряжение: определение, формула, вольтметр

Электрический ток – это проходящие через проводник электроны, несущие отрицательный заряд. Объем этого заряда или, иными словами, количество электричества характеризует силу тока. Мы знаем, что сила тока одинакова во всех местах цепи.

Электроны не могут исчезать или «спрыгивать» с проводов и нагрузки. Поэтому, силу тока мы можем измерить в любом месте электрической цепи. Однако, будет ли одинаковым действие тока на разные участки этой цепи? Давайте разберемся.

Проходя по проводам, ток лишь слегка их нагревает, однако не совершает при этом большой работы. Проходя же через спираль электрической лампочки, ток не просто сильно нагревает ее, он нагревает ее до такой степени, что она, раскаляясь, начинает светиться. То есть в данном случае ток совершает механическую работу, и довольно приличную работу. Ток тратит свою энергию. Электроны в том же количестве продолжают бежать дальше, но энергии у них уже поменьше.

Определение электрического напряжения

То есть электрическое поле должно было «протащить» электроны через нагрузку, и энергия, которая при этом израсходовалась, характеризуется величиной, называемой электрическим напряжением. Эта же энергия потратилась на какое-то изменение состояния вещества нагрузки. Энергия, как мы знаем, не пропадает в никуда и не появляется из ниоткуда. Об этом гласит Закон сохранения энергии. То есть, если ток потратил энергию на прохождение через нагрузку, эту энергию приобрела нагрузка и, например, нагрелась.

То есть, приходим к определению: напряжение электрического тока – это величина, показывающая, какую работу совершило поле при перемещении заряда от одной точки до другой. Напряжение в разных участках цепи будет различным. Напряжение на участке пустого провода будет совсем небольшим, а напряжение на участке с какой-либо нагрузкой будет гораздо большим, и зависеть величина напряжения будет от величины работы, произведенной током. Измеряют напряжение в вольтах (1 В). Для определения напряжения существует формула:

U=A/q,

где U — напряжение,
A – работа, совершенная током по перемещению заряда q на некий участок цепи.

Напряжение на полюсах источника тока

Что касается напряжения на участке цепи – все понятно. А что же тогда означает напряжение на полюсах источника тока? В данном случае это напряжение означает потенциальную величину энергии, которую может источник придать току. Это как давление воды в трубах. Эта величина энергии, которая будет израсходована, если к источнику подключить некую нагрузку. Поэтому, чем большее напряжение у источника тока, тем большую работу может совершить ток.

Вольтметр

Для измерения напряжения существует прибор, называемый вольтметром. В отличие от амперметра, он подключается не произвольно в любом месте цепи, а параллельно нагрузке, до нее и после. В таком случае вольтметр показывает величину напряжения, приложенного к нагрузке. Для измерения напряжения на полюсах источника тока, вольтметр подключают непосредственно к полюсам прибора.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Сила тока: природа, формула, измерение амперметром
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspСопротивление тока: притяжение ядер, проводники и непроводники

Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике

В современном быту, строительстве и других сферах жизни человека огромную роль играет энергия, которая необходима для приведения в движение различных механизмов, производственных станков и инструментов. Электрическое напряжение, или как его принято называть в народе ток, занимает первое место среди ресурсов снабжения, поэтому человек во многом зависит от бесперебойной подачи электричества правильного номинала. В данной статье рассмотрено определение электрического напряжения, его формула, а также, от чего зависит и на что влияет данный показатель.

Электрическое напряжение

Что такое напряжение

Электрическое напряжение – это работа, которая необходима для подачи заряда электрическим полем от поставщика до потребляемого прибора по проводам или без них. Проще говоря, это величина силы, потраченной для доставки определенного заряда тока по проводнику от одного конца на другой. Без напряжения не будет перемещения заряженных частиц, а, следовательно, ток не будет поступать к потребителю, номинальная величина в цепи будет равна нулю.

Электрическим током заряжены все элементы и предметы, которые окружают человека, разница лишь в величине напряжения – у некоторых вещей данный показатель минимален и фактически не заметен, у других – наличие тока более выражено. За долгие годы исследований ученые изобрели множество приборов, которые способны вырабатывать электрический ток различного напряжения и силы, начиная от малогабаритных и заканчивая крупными электростанциями, питающими целые города. Электрическое напряжение напрямую связано с силой тока: чем выше напряжение, тем выше будет величина силы тока.

Для более точного понимания определения напряжения тока необходимо разобраться в физике образования электричества в целом. Откуда берется электрический ток?

Все предметы и вещества состоят из атомов с положительным зарядом, число которых равно числу вращающихся вокруг них отрицательно заряженных частиц. Проще говоря, количество электронов равно количеству нейтронов. Чтобы возникло напряжение в сети, из ядра извлекаются некоторые электроны, возникает разряжение, и оставшиеся частицы пытаются восполнить пробел путем притяжения электронов снаружи, возникает положительный заряд. Если же добавить электроны в атом, возникнет переизбыток, и образуется отрицательное энергетическое поле.

В результате такого взаимодействия возникают положительный и отрицательный потенциалы, и чем больше контакта у этих элементов, тем выше сила и напряжение электрического тока. При соединении указанных потенциалов образуется энергетическое поле, которое увеличивается при повышении количества заряженных атомов внутри себя.

Формула для вычисления напряжения тока выглядит следующим образом:

U=A/q, где:

U – это само напряжение,
A – работа, необходимая для перемещения заряда,
Q – отрезок расстояния, на которое перемещается заряженный атом.

Формула напряжения

Таким образом, можно сделать вывод, что сила тока на протяжении всей цепи будет одинаковой, а напряжение на каждом из участков будет разным, в зависимости от нагрузки на данный отрезок. Как известно, энергия не возникает из ниоткуда и не пропадает в неизвестном направлении, поэтому при повышении напряжения на определенном участке провода избыточный ток выражается в тепловой нагрузке, проще говоря, материал, из которого изготовлен проводник, начинает греться.

Влияние температуры проводника на сопротивление

От чего зависит напряжение

Существует три основных фактора, влияющих на норматив напряжения электрических токов, среди которых:

Материал, из которого выполнен проводник. Для решения определенных задач существуют различные типы проводов, чаще всего можно встретить медные или алюминиевые изделия различного сечения и наружной оболочки. Наружная обмотка таких проводов бывает также из множества материалов, защитных и декоративных, например, ПВХ пленка или резиновая защита. Такая обработка позволяет использовать проводку в любых условиях, в том числе для организации наружного освещения;
Температуры использования проводника;
Уровня сопротивления электрического тока на данном участке. Данная величина зависит от свойств проводимости кабеля или иного предмета, подключенного к сети, и способности к беспрепятственному пропуску атомов через себя. Существуют материалы с нулевым сопротивлением или полностью диэлектрические, то есть не способные проводить электрический ток любого напряжения.

Ток и его напряжение напрямую зависят друг от друга, поэтому и их обозначения одинаковы. Напряжение тока измеряется в Вольтах и обозначается буквой В. Вольт выражается в разности положительного и отрицательного потенциалов на двух удаленных от друг друга точках поля, силы которого совершают усилия, равные одному Дж, при доставке заряда от одного отрезка к конечному. Номинал единицы заряда равен одному Кл, таким образом, обозначение 220 Вольт включает в себя понятие, что данная сеть способна потратить энергию в 220 Дж для транспортировки зарядов от входной точки до потребителя, это и называется электрическим напряжением в сети.

Виды напряжения электрического тока

Синусоида постоянного и переменного тока

Что такое электрическое напряжение, описывается в учебниках по физике, там же приводится его классификация на основании временного промежутка подачи энергии. По данному признаку напряжение бывает:

Постоянное – это когда на одном конце проводника ток и электрическое напряжение положительные, а на другом – отрицательные, и их значение направлено в одну сторону. Чаще всего такая система встречается в автономных батареях слабой и средней мощности;

Важно! Случайная или умышленная замена полярностей может привести к выходу из строя прибора, а также короткому замыканию при соединении нескольких элементов, осуществлять это нужно последовательно, стыкуя минусовый контакт к плюсовому. Синусоида при постоянном токе будет ровной без рывков и волн.

Переменный ток и электрическое напряжение отличаются от постоянных тем, что у них может быть несколько направлений, например, при частой замене потенциалов полярностей или их перемещении возникает обратное движение заряда, частота данного действия и будет показателем переменного тока. Чаще всего данную систему используют для транспортировки электричества по проводнику на большие расстояния, так как потери тока минимальны, следовательно, и напряжение не уменьшается. Также переменный ток используется в трехфазных двигателях и при доставке постоянного тока на трансформатор для его последующего разделения. Синусоида переменного тока выглядит неровной, волнообразной, с множественными скачками. Существуют формула и механизмы, которые используются для преобразования переменного тока в постоянный, это возможно при наличии конденсаторов и диодного моста.

Между фазами переменного тока также существуют свои показатели, в данном случае напряжение равно 380В, по количеству разности потенциалов в трехфазной сети. В сети напряженностью 220В всего два провода: один – с несущей фазой, второй – с нулем, также для безопасности добавляется кабель заземления. В трехфазной сети имеется четыре жилы, и один дополнительный заземляющий провод, в сумме напряжение всех трех фаз составляет 380В.

Меры предосторожности

Ток и электрическое напряжение являются источником повышенной опасности, поэтому при работе и эксплуатации данного типа энергии необходимо соблюдать нормы и правила безопасности, не допускать аварийных ситуаций и обеспечить все приборы автоматической системой отключения питания.

Запрещается работать с проводкой, находящейся под напряжением, или без устройства для заземления. В случае возникновения короткого замыкания необходимо отключить все приборы от сети и предотвратить возгорание обмотки двигателя или кабеля.

Видео

Оцените статью:

Буквенные обозначения употребляемых в электротехнике величин

Буквенные обозначения наиболее употребляемых в электротехнике величин (ГОСТ 1494-77)

Примечания: 1. Запасные обозначения применяются, когда главные обозначения использовать нерационально, например, если могут возникнуть недоразумения вследствие обозначения одной и той же буквой разных величин. 2. Мгновенные значения ЭДС, электрического напряжения, потенциала, тока, плотности тока, электрического заряда, мощности, электромагнитной энергии следует обозначать соответствующими строчными буквами. 3. Для амплитудных значений величин, являющихся синусоидальными функциями времени, применяется нижний индекс ш (например, 1т).

Наименование величины		Обозначение
		главное		запасное
1		2		3
Емкость электрическая		С		—
Заряд электрический		Q		—
Индуктивность взаимная		м		Lmn
Индуктивность собственная		L		—
Индукция магнитная		В		—
Коэффициент затухания		6
Коэффициент магнитного рассеивания		ст
Коэффициент мощности при синусоидальных напряжении и токе		cosφ
Коэффициент трансформации		п
Коэффициент трансформации трансформатора напряжения (TH)		К		Ки
Коэффициент трансформации трансформатора тока (ТТ)		К		Кт
Мощность, мощность активная		Р		—
Мощность полная		S		Ps
Мощность реактивная		Q		PQ
Напряжение электрическое		и		—
Напряженность магнитного поля		н
Напряженность электрического поля		Е		—
Период колебаний электрической или магнитной величины		Т
1	2		3
Плотность тока	J		—
Постоянная времени электрической цепи	т		т
Постоянная магнитная	Цо		—
Постоянная электрическая	So		—
Поток магнитный	Ф		—
Потокосцепление	V		—
Проводимость магнитная	Л		—
Проводимость электрическая активная	G		g
Проводимость электрическая полная	Y		—
Проводимость реактивная	В		ь
Сдвиг фаз между напряжением и током	Ф		—
Сила коэрцитивная	Не		—
Сила магнитодвижущая (МДС) вдоль замкнутого контура	F		Fm
Сила электродвижущая (ЭДС)	Е		—
Скольжение	s		—
Сопротивление магнитное	Rm		rm
Сопротивление электрическое, то же постоянному току, то же актив
ное	R		г
Сопротивление электрическое полное	Z		—
Сопротивление электрическое реактивное	X		X
Сопротивление электрическое удельное	Р
Ток	I
Частота колебаний электрической или магнитной величины	f		У
Частота колебаний угловая электрической или магнитной величины	со		Q
Число витков	N		W
Число пар полюсов	Р		—
Число фаз многофазной системы	m
Энергия электромагнитная	W

Электрическое напряжение

Цели:

образовательная: учащиеся знакомятся с физической величиной, называемой электрическим напряжением. Узнают обозначение напряжения, единицу измерения, формулу для расчета.
развивающая: учащиеся устанавливают, что напряжение на двух последовательно соединенных резисторах равно сумме напряжений на каждом резисторе, что электрическое поле совершает различную работу по перемещению единичного заряда в лампах, горящих по разному.
воспитательная : учащиеся убеждаются в необходимости знаний о напряжении.

Учебная задача: Узнать обозначение напряжения, формулу для его вычисления, единицы измерения, способ измерения. Выяснить, одинаковую ли работу совершает электрическое поле по перемещению единичного заряда в наших лампах.

Оборудование: мультимедийная приставка, компьютер, две лампы, 13 источников тока, 13 ключей, 13 вольтметров (лабораторных), 1 лабораторный амперметр, соединительные провода, 2-4 демонстрационных и технических вольтметров и амперметров, 24 резистора (сопротивлением 1 Ом, 2 Ом,), раздаточный материал.

Тип урока:

Комбинированный (технология развивающего обучения)

Ход урока

I Мотивационно-ориентировочный этап (9 мин)

1. Вхождение в контакт.
2. Создание ситуации успеха (Проверка домашнего задания) (7 мин)

а) Анализ выполнения лабораторной работы №3 “Сборка электрической цепи и измерение силы тока в ее различных участках

б) Выполнение индивидуального задания

Ученик № 5 выполняет самостоятельную работу по карточке №1 на демонстрационном столе учителя.

Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, амперметра, ключа, двух ламп,

Дополнительное задание: определите цену деления амперметра и измерьте силу тока в цепи.

в) Проверка домашнего задания (беседа)

П: Что вы знаете о силе тока?

У: Сила тока определяется электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени. Для вычисления силы тока необходимо заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за промежуток времени t, поделить на этот промежуток времени. I = q/t

За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1м на расстоянии 1м в вакууме взаимодействуют с силой 2*10^-7 Н. Эту единицу называют ампером, в честь французского физика и математика Андре Мари Ампера. Обозначение: 1А.

Для измерения силы тока используют прибор, который называют амперметром, Чтобы его отличить от других приборов, на шкале ставят букву А. Амперметр включают последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют. Клемма «+» амперметра соединяют с проводником, идущим от положительного полюса источника тока.

Устно проверяется выполнение заданий упр.15(1,2)

При включении в цепь амперметра так, как показано на рисунке 62, а, сила тока была 0,5 А. Каковы будут показания амперметра при включении его в ту же цепь так, как изображено на рисунке 62, б?

Как можно проверить правильность показаний амперметра с помощью другого амперметра, точность показаний которого проверена?

Проверка выполнения задания карточки №1.

3. Постановка учебной задачи (2 мин.)

П: Вспомните, какой исследовательский путь мы проделали с вами?

У: Подключив две лампы последовательно к источнику тока, убедились, что лампы загораются, но одна лампа горит ярче другой. Мы выдвинули гипотезу: разный ток течет через лампы. Однако, измерив силу тока в различных участках цепи, убедились, что сила тока во всех последовательно соединенных участках одинакова. Мы так и не выяснили почему лампы горели по-разному.

П: Что такое электрический ток?

У: Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.

П: Что заставляет заряженные частицы двигаться упорядоченно?

У: Свободные электрические заряды в проводнике могут перемещаться под действием электрического поля.

П: Т.е. электрическое поле совершает работу по перемещению заряженных частиц.

Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока. В процессе работы электрическая энергия превращается в другой вид энергии – механическую, внутреннюю и др. Физическая величина

напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле по перемещению заряда в 1 Кл.

П: Что же предстоит нам узнать?

У: Должны узнать

как обозначается напряжения;
как можно вычислить напряжение;
единицы измерения напряжения;
как можно измерить напряжение;
выяснить, одинаковую ли работу совершает электрическое поле по перемещению единичного заряда в наших лампах.

Учебная задача: Узнать обозначение напряжения, формулу для его вычисления, единицы измерения, способ измерения. Выяснить, одинаковую ли работу совершает электрическое поле по перемещению единичного заряда в наших лампах.

П: Какова же тема нашего урока?

У: Электрическое напряжение, измерение напряжения.

II Исполнительский этап (27 мин)

1. Групповая самостоятельная работа (3 мин)

Учащиеся выбирают задание, делятся на группы. (Учащиеся работают с текстом учебника А.В.Перышкин “Физика” 8 кл. п.39, 40, 41)

I группа выясняет, как обозначается напряжение, находит формулу для его вычисления.
II группа выясняет, что принято за единицу измерения напряжения.

III группа выясняет как измеряют напряжение.

2. Взаимообучение (7 мин)

От группы выступает 1 ученик.

Первая группа: Напряжение обозначается – U. Зная работу тока на данном участке цепи и весь электрический заряд, прошедший по этому участку, можно определить напряжение, т.е. работу тока при перемещении единичного электрического заряда: U = A/q.

Вторая группа: Единица измерения напряжения названа вольтом (В) в честь итальянского ученого Алессандро Вольта, создавшего первый гальванический элемент. За единицу напряжения принимают такое электрическое напряжение на концах проводника, при котором работа по перемещению электрического заряда в 1 Кл по этому проводнику равна 1 Дж. 1В = 1Дж/Кл

Кроме вольта применяют дольные и кратные ему единицы: милливольт (мВ) и киловольт (кВ).

1мВ = 0,001В;
1кВ = 1000В.

Третья группа: Для измерения напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи применяют прибор, называемый вольтметром. На приборе ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри. Зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение. Такое включение называют параллельным, кроме того необходимо соблюдать полярность.

П: Выберите из всех приборов вольтметры.

Учащиеся выбирают демонстрационные, лабораторные вольтметры.

П: Почему так важно знать какое напряжение в сети, либо на данном участке?

У: Высокое напряжение опасно для жизни.

П: Осторожность нужно соблюдать и в работе с небольшими напряжениями. В зависимости от условий напряжение даже в несколько десятков вольт может оказаться опасным. Для работы в сыром помещении безопасным считают напряжение до 12 В, в сухом помещении – до 36 В.

Учащимся представляется таблица с напряжениями, встречающимися на практике (используется мультимедийная приставка).

П: Что же необходимо научиться делать?

У: Необходимо научиться измерять напряжение на различных участках цепи.

Учитель проводит инструктаж по технике безопасности.

3. Выполнение лабораторной работы (14 мин)

Учащиеся выполняют лабораторную работу №4 “Измерение напряжения на различных участках электрической цепи” по описанию учебника.

П: К какому выводу вы пришли?

У: Мы научились измерять электрическое напряжение на различных участках цепи. Напряжение на двух последовательно соединенных резисторах равно сумме напряжений на каждом резисторе. U = U₁+ U₂

П: Что же нам предстоит сделать, чтобы проверить одинаковую ли работу совершает электрическое поле по перемещению единичного заряда в наших лампах?

У: Необходимо измерить напряжение на первой и второй лампе.

П: Покажите на схеме как будет подключаться вольтметр. Укажите на схеме полярность клемм у вольтметра.

Учащиеся вычерчивают присоединение вольтметра для измерения напряжения на лампах. (Схема цепи уже имеется у учащихся в тетрадях с прошлого урока) Один ученик выполняет работу на доске.

Взаимопроверка.

4. Практическая работа учащихся проводится на демонстрационном столе (3 мин).

Ученик измеряет напряжение на лампах. Фиксирует результат измерений.

П: К какому выводу вы пришли?

У: Напряжение на наших лампах различно, значит электрическое поле совершает различную работу по перемещению одинакового заряда в этих лампах.

III. Рефлексивно-оценочный этап (4 мин)

У: Учебную задачу мы выполнили полностью. Узнали обозначение напряжения, формулу для его вычисления, единицы измерения, способ измерения. Научились измерять напряжение. Выяснили, что электрическое поле совершает различную работу по перемещению единичного заряда в наших лампах.

П: Почему важно было узнать новую физическую величину напряжение?

У: Высокое напряжение опасно для жизни. Осторожность нужно соблюдать и в работе с небольшими напряжениями. В зависимости от условий даже небольшое напряжение может оказаться опасным.

У: Осталось не ясным, почему работа электрического поля по перемещению единичного заряда в данных лампах различна.

П: На данный вопрос мы постараемся дать ответ на следующем уроке.

IV. Домашнее задание

§ 39, 40, 41. Упр. 16

Взаимооценка работы учащихся на уроке.
Каждый ученик получает оценку за выполнение лабораторной работы после проверки тетрадей учителем.

Физика 8 класс. Измерение силы тока и напряжения. Измерение работы и мощности тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА В УЧАСТКЕ ЦЕПИ

Для измерения силы тока существует измерительный прибор — амперметр.

Условное обозначение амперметра на электрической схеме:

При включении амперметра в электрическую цепь необходимо знать :

1. Амперметр включается в электрическую цепь последовательно с тем элементом цепи,
силу тока в котором необходимо измерить.

2. При подключении надо соблюдать полярность: «+» амперметра подключается к «+» источника тока,
а «минус» амперметра — к «минусу» источника тока.

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
НА УЧАСТКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Для измерения напряжения существуют специальный измерительный прибор — вольтметр.

Условное обозначение вольтметра на электрической схеме:

При включении вольтметра в электрическую цепь необходимо соблюдать два правила:

1. Вольтметр подключается параллельно участку цепи, на котором будет измеряться напряжение;

2.Соблюдаем полярность: «+» вольтметра подключается к «+» источника тока,
а «минус» вольтметра — к «минусу» источника тока.

___

Для измерения напряжения источника питания вольтметр присоединяют непосредственно к его зажимам.

ИЗМЕРЕНИЕ РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Для определения работы или мощности тока можно использовать специальный измерительный прибор — ваттметр.
При отсутствии ваттметра пользуются одновременным подключением двух измерительных приборов к нужному участку цепи: амперметра и вольтметра.

Далее проводится расчет работы и мощности тока по формулам.

P = UI ……… и ……. A = UIt

ОПРЕДЕЛИ !

1. Что изменилось на участке цепи, если включенный параллельно вольтметр
показывает уменьшение напряжения?

___

2. Какими способами можно определить напряжение в городской сети,
имея в своем распоряжении любые приборы, кроме вольтметра?

Устали? — Отдыхаем!

суть и принцип для начинающих чайников

Что такое ЭДС (электродвижущая сила) в физике? Электрический ток понятен далеко не каждому. Как космическая даль, только под самым носом. Вообще, он и ученым понятен не до конца. Достаточно вспомнить Николу Тесла с его знаменитыми экспериментами, на века опередившими свое время и даже в наши дни остающимися в ореоле тайны. Сегодня мы не разгадываем больших тайн, но пытаемся разобраться в том, что такое ЭДС в физике.

Определение ЭДС в физике

ЭДС – электродвижущая сила. Обозначается буквой E или маленькой греческой буквой эпсилон.

Электродвижущая сила — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил (сил неэлектрического происхождения), действующих в электрических цепях переменного и постоянного тока.

ЭДС, как и напряжение, измеряется в вольтах. Однако ЭДС и напряжение – явления разные.

Напряжение (между точками А и Б) – физическая величина, равная работе эффективного электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного заряда из одной точки в другую.

Объясняем суть ЭДС «на пальцах»

Чтобы разобраться в том, что есть что, можно привести пример-аналогию. Представим, что у нас есть водонапорная башня, полностью заполненная водой. Сравним эту башню с батарейкой.

Схема водонапорной башни

Вода оказывает максимальное давление на дно башни, когда башня заполнена полностью. Соответственно, чем меньше воды в башне, тем слабее давление и напор вытекающей из крана воды. Если открыть кран, вода будет постепенно вытекать сначала под сильным напором, а потом все медленнее, пока напор не ослабнет совсем. Здесь напряжение – это то давление, которое вода оказывает на дно. За уровень нулевого напряжения примем само дно башни.

Водокачка

То же самое и с батарейкой. Сначала мы включаем наш источник тока (батарейку) в цепь, замыкая ее. Пусть это будут часы или фонарик. Пока уровень напряжения достаточный и батарейка не разрядилась, фонарик светит ярко, затем постепенно гаснет, пока не потухнет совсем.

Но как сделать так, чтобы напор не иссякал? Иными словами, как поддерживать в башне постоянный уровень воды, а на полюсах источника тока – постоянную разность потенциалов. По примеру башни ЭДС представляется как бы насосом, который обеспечивает приток в башню новой воды.

Советская батарейка

Природа ЭДС

Причина возникновения ЭДС в разных источниках тока разная. По природе возникновения различают следующие типы:

Химическая ЭДС. Возникает в батарейках и аккумуляторах вследствие химических реакций.
Термо ЭДС. Возникает, когда находящиеся при разных температурах контакты разнородных проводников соединены.
ЭДС индукции. Возникает в генераторе при помещении вращающегося проводника в магнитное поле. ЭДС будет наводиться в проводнике, когда проводник пересекает силовые линии постоянного магнитного поля или когда магнитное поле изменяется по величине.
Фотоэлектрическая ЭДС. Возникновению этой ЭДС способствует явление внешнего или внутреннего фотоэффекта.
Пьезоэлектрическая ЭДС. ЭДС возникает при растяжении или сдавливании веществ.

Дорогие друзья, сегодня мы рассмотрели тему «ЭДС для чайников». Как видим, ЭДС – сила неэлектрического происхождения, которая поддерживает протекание электрического тока в цепи. Если Вы хотите узнать, как решаются задачи с ЭДС, советуем обратиться к нашим авторам – скрупулезно отобранным и проверенным специалистам, которые быстро и доходчиво разъяснят ход решения любой тематической задачи. И по традиции в конце предлагаем Вам посмотреть обучающее видео. Приятного просмотра и успехов в учебе!

Автор: Иван

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Вольт обозначение в физике

Единица измерения Сименс — Сименс (обозначение: См, S) единица измерения электрической проводимости в системе СИ, величина обратная ому. До Второй мировой войны (в СССР до 1960 х годов) сименсом называлась единица электрического сопротивления, соответсвующая сопротивлению … Википедия

Зиверт (единица измерения) — Зиверт (обозначение: Зв, Sv) единица измерения эффективной и эквивалентной доз ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ), используется с 1979 г. 1 зиверт это количество энергии, поглощённое килограммом… … Википедия

Беккерель (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Беккерель. Беккерель (обозначение: Бк, Bq) единица измерения активности радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ). Один беккерель определяется как активность источника, в… … Википедия

Ватт (единица измерения) — О типе морских побережий см. Ватты Ватт (обозначение: Вт, W) в системе СИ единица измерения мощности. Различают механическую, тепловую и электрическую мощность: в механике 1 ватт равен мощности, при которой за 1 секунду времени совершается… … Википедия

Ньютон (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Ньютон. Ньютон (обозначение: Н) единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ). Принятое международное название newton (обозначение: N). Ньютон производная единица. Исходя из второго… … Википедия

Сименс (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Сименс. Сименс (русское обозначение: См; международное обозначение: S) единица измерения электрической проводимости в Международной системе единиц (СИ), величина обратная ому. Через другие… … Википедия

Фарад (единица измерения) — Фарад (обозначение: Ф, F) единица измерения электрической ёмкости в системе СИ (ранее называлась фарада). 1 фарад равен электрической ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между обкладками конденсатора напряжение 1 вольт. Ф =… … Википедия

Тесла (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Тесла. Тесла (русское обозначение: Тл; международное обозначение: T) единица измерения индукции магнитного поля в Международной системе единиц (СИ), численно равная индукции такого… … Википедия

Паскаль (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Паскаль (значения). Паскаль (обозначение: Па, международное: Pa) единица измерения давления (механического напряжения) в Международной системе единиц (СИ). Паскаль равен давлению… … Википедия

Грей (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Грей. Грей (обозначение: Гр, Gy) единица измерения поглощённой дозы ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ). Поглощённая доза равна одному грею, если в результате… … Википедия

Вольт
В, V
Величина	электрический потенциал электрическое напряжение электродвижущая сила
Система	СИ
Тип	производная

Разность потенциалов между двумя точками равна 1 вольту, если для перемещения заряда величиной 1 кулон из одной точки в другую над ним надо совершить работу величиной 1 джоуль. Вольт также равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт.

В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы вольт пишется со строчной буквы, а её обозначение — с прописной. Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях производных единиц, образованных с использованием вольта. Например, обозначение единицы измерения напряжённости электрического поля «вольт на метр» записывается как В/м.

1 В = (1/300) ед. потенциала СГСЭ [1] .

Содержание

Определение [ править | править код ]

Вольт (В, V) может быть определён либо как электрическое напряжение на концах проводника, необходимое для выделения в нём теплоты мощностью в один ватт (Вт, W) при силе протекающего через этот проводник постоянного тока в один ампер (A), либо как разность потенциалов между двумя точками электростатического поля, при прохождении которой над зарядом величиной 1 кулон (Кл, C) совершается работа величиной 1 джоуль (Дж, J), либо как разность потенциалов на резисторе в 1 Ом (Ω) при протекании через него тока в 1 ампер [2] . Выраженный через основные единицы системы СИ, один вольт равен м² · кг · с −3 · A −1 .

V = W A = J C = m 2 ⋅ kg s 3 ⋅ A = A ⋅ Ω . <displaystyle <mbox>=<dfrac <mbox><mbox>>=<dfrac <mbox><mbox>>=<dfrac <<mbox>^<2>cdot <mbox>><<mbox~~>^<3>cdot <mbox>>>=<mbox>cdot <mbox<Ω>>.>~~

Определение на основе эффекта Джозефсона [ править | править код ]

С 1990 года вольт стандартизирован посредством измерения с использованием нестационарного эффекта Джозефсона, при котором для привязки к эталону используется константа Джозефсона, зафиксированная 18-й Генеральной конференцией по мерам и весам как [3] :

K J − 90 = 2 e h = <displaystyle K_=<frac <2e>>=> 0,4835979 ГГц/мкВ,

Этим методом величина вольта однозначно связывается с эталоном частоты, задаваемым цезиевыми часами: при облучении матрицы, состоящей из нескольких тысяч джозефсоновских переходов, микроволновым излучением на частотах от 10 ГГц до 80 ГГц, возникает вполне определённое электрическое напряжение, с помощью которого калибруются вольтметры [4] . Эксперименты показали, что этот метод нечувствителен к конкретной реализации установки и не требует введения поправочных коэффициентов [5] .

Шкала напряжений [ править | править код ]

Наименьшее измеряемое напряжение — порядка 10 нВ. [источник не указан 2177 дней]
Чувствительность связной аппаратуры при работе голосом — 1…1,5 мкВ (одни из самых слабых сигналов, массово применяемых в настоящее время) [источник не указан 2177 дней]
Выходное напряжение на обмотке магнитной головки кассетного магнитофона — 0,3 мВ [6] .
Разность потенциалов на мембране нейрона — 70 мВ.
NiCd аккумулятор — 1,2 В.
Щелочной элемент — 1,5 В.
Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO₄) — 3,3 В.
Зарядное устройство для мобильных телефонов — 5.0 В.
Батарейка «Крона» — 9 В.
Автомобильный аккумулятор — 12 В (для тяжёлых грузовиков — 24 В).
Напряжение бытовой сети в России — 230 В (фаза-нейтраль), 400 В (межфазное) [7] .
Напряжение в некоторых промышленных сетях — 400 В (трёхфазное), 400 В (однофазное), 690 В (трёхфазное)
Напряжение в контактной сетитрамвая, троллейбуса — 600 В (660 В) (постоянный ток).
Напряжение контактного рельса в метрополитене — 825 В (постоянный ток) [источник не указан 2164 дня] .
Электрифицированные железные дороги — 3 кВ (контактная сеть постоянного тока), 25 кВ (контактная сеть переменного тока).
Магистральные ЛЭП — 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ.
Самое высокое постоянное напряжение, полученное в лаборатории на пеллетроне — 25 МВ.
Молния — от 100 МВ и выше.

Исторический экскурс [ править | править код ]

Единица измерения «вольт» была введена в 1861 году комитетом электрических эталонов, созданным Уильямом Томсоном. Её введение было связано с текущими нуждами инженерной физики. 1 июня 1898 года имперским законом в Германии 1 вольт был установлен как «законная» единица измерения ЭДС, равная ЭДС, возбуждающей в проводнике сопротивлением 1 ом ток силой 1 ампер [8] . В Международную систему единиц (СИ) вольт введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием системы СИ в целом [9] .

Впоследствии 1 вольт обычно определялся через единицу энергии джоуль и единицу заряда кулон.

Кратные и дольные единицы [ править | править код ]

Десятичные кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ.

Вольт (обозначение: В, V) — единица измерения электрического напряжения в системе СИ.

1 Вольт равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт .

Вольт (В, V) может быть определён либо как электрическое напряжение на концах проводника, необходимое для выделения в нём тепла мощностью в один ватт (Вт, W) при силе протекающего через этот проводник постоянного тока в один ампер (A), либо как разность потенциалов между двумя точками электростатического поля, при прохождении которой над зарядом величиной 1 кулон (Кл, C) совершается работа величиной 1 джоуль (Дж, J). Выраженный через основные единицы системы СИ, один вольт равен м 2 · кг · с −3 · A −1 .

Единица названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта.

Этим методом величина вольта однозначно связывается с эталоном частоты, задаваемым цезиевыми часами: при облучении матрицы, состоящей из нескольких тысяч джозефсоновских переходов, микроволновым излучением на частотах от 10 до 80 ГГц, возникает вполне определённое электрическое напряжение, с помощью которого калибруются вольтметры. Эксперименты показали, что этот метод нечувствителен к конкретной реализации установки и не требует введения поправочных коэффициентов.

1 В = 1/300 ед. потенциала СГСЭ .

Что такое Вольт. Определение

Вольт определён как разница потенциалов на концах проводника, рассеивающего мощность в один ватт при силе тока через этот проводник в один ампер.

Отсюда, базируясь на единицах СИ, получим м² · кг · с-3 · A-1, что эквивалентно джоулю энергии на кулон заряда, J/C.

Определение на основе эффекта Джозефсона

Напряжение электрического тока – это величина, характеризующая разность зарядов (потенциалов) между полюсами либо участками цепи, по которой идет ток.

С 1990 года вольт стандартизирован посредством измерения с использованием нестационарного эффекта Джозефсона, при котором используется в качестве привязки к эталону константа Джозефсона, зафиксированная 18-ой Генеральной конференцией по весам и измерениям как:

K = 0,4835979 ГГц/мкВ .

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.

Напряжение (механика) — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Рис. 1.1 Напряжение в нагруженном деформируемом материальном теле, принимаемое как континуум. Рисунок 1.2 Осевое напряжение в призматическом стержне, нагруженном в осевом направлении. Рисунок 1.3 Нормальное напряжение в призматическом (прямолинейном элементе с равномерной площадью поперечного сечения) стержне. Распределение напряжения или силы в поперечном сечении стержня не обязательно является равномерным. Однако можно использовать среднее нормальное напряжение σavg {\ displaystyle \ sigma _ {\ mathrm {avg}} \, \!}.Рисунок 1.4 Напряжение сдвига в призматическом стержне. Распределение напряжения или силы в поперечном сечении стержня не обязательно является равномерным. Тем не менее, среднее напряжение сдвига τavg {\ displaystyle \ tau _ {\ mathrm {avg}} \, \!} Является разумным приближением. ^[1]

Напряжение — это сила, приходящаяся на единицу площади тела, которая вызывает изменение формы. ^[2]

Напряжение — это мера внутренних сил в теле между его частицами. ^[2] Эти внутренние силы являются реакцией на внешние силы, приложенные к телу, которые заставляют его разделяться, сжиматься или скользить.^[2] Внешние силы — это поверхностные или объемные силы. Напряжение — это средняя сила на единицу площади, которую частица тела оказывает на соседнюю частицу через воображаемую поверхность, которая их разделяет.

Формула одноосного нормального напряжения:

σ = FA {\ displaystyle {\ sigma} = {\ frac {F} {A}}}

где σ — напряжение, F — сила, а A — площадь поверхности.

В единицах СИ сила измеряется в ньютонах, а площадь — в квадратных метрах.Это означает, что напряжение составляет ньютоны на квадратный метр или Н / м ². Однако у стресса есть собственная единица СИ, называемая паскаль. 1 паскаль (символ Па) равен 1 Н / м ². В британских единицах измерения напряжение измеряется в фунтах силы на квадратный дюйм, что часто сокращается до фунта на квадратный дюйм. Размер напряжения такой же, как и у давления.

В механике сплошных сред нагруженное деформируемое тело ведет себя как сплошная среда. Таким образом, эти внутренние силы непрерывно распределяются в объеме материального тела.(Это означает, что распределение напряжений в теле выражается как кусочно-непрерывная функция пространства и времени.) Силы вызывают деформацию формы тела. Деформация может привести к необратимому изменению формы или разрушению конструкции, если материал недостаточно прочен.

Некоторые модели механики сплошных сред рассматривают силу как нечто, что может изменяться. Другие модели рассматривают деформацию материи и твердых тел, потому что характеристики материи и твердых тел трехмерны.Каждый подход может дать разные результаты. Классические модели механики сплошных сред предполагают среднюю силу и не включают должным образом «геометрические факторы». (Геометрия тела может иметь значение для распределения стресса и накопления энергии во время приложения внешней силы.)

В некоторых ситуациях напряжение внутри объекта можно описать одним числом или одним вектором (числом и направлением). Тремя такими ситуациями простого напряжения являются одноосное нормальное напряжение , простое напряжение сдвига и изотропное нормальное напряжение .^[3]

Одноосное нормальное напряжение [изменение | изменить источник]

Напряжение растяжения (или растяжение) — это напряженное состояние, приводящее к расширению; то есть длина материала имеет тенденцию к увеличению в направлении растяжения. Объем материала остается постоянным. Когда к телу прикладываются равные и противоположные силы, то напряжение, создаваемое этой силой, называется растягивающим напряжением.

Следовательно, в одноосном материале длина увеличивается в направлении растягивающего напряжения, а в двух других направлениях уменьшается размер.При одноосном растяжении растягивающее напряжение вызывается растягивающими силами. Напряжение растяжения противоположно напряжению сжатия.

Конструктивными элементами, находящимися на прямом растяжении, являются канаты, грунтовые анкеры и гвозди, болты и т. Д. Балки, подверженные действию изгибающих моментов, могут включать в себя растягивающее напряжение, а также сжимающее напряжение и / или напряжение сдвига.

Растягивающее напряжение может увеличиваться до достижения предела прочности на разрыв , а именно предельного состояния напряжения.

Все реальные объекты занимают трехмерное пространство.Однако, если два измерения очень большие или очень маленькие по сравнению с другими, объект может быть смоделирован как одномерный. Это упрощает математическое моделирование объекта. Одномерные объекты включают кусок проволоки, загруженный на концах и просматриваемый сбоку, и металлический лист, загруженный на лицевую поверхность и просматриваемый вблизи и через поперечное сечение.

↑ Уолтер Д. Пилки, Оррин Х. Пилки (1974). Механика твердого тела . п. 292.
↑ ^2.0 ^2,1 ^2,2 Дейнтит, Джон, изд. (2005). Физический словарь (Пятое изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 509. ISBN 978-0-19-280628-4 .
↑ Рональд Л. Хьюстон и Гарольд Джозефс (2009), «Практический анализ напряжений в инженерном проектировании». 3-е издание, CRC Press, 634 страницы. ISBN 9781574447132

Амин, Мохаммед (2005). Вычислительная упругость: теория упругости, методы конечных и граничных элементов .Alpha Science Int’l Ltd. стр. 33–66. ISBN 184265201X . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Atanackovic, Teodor M .; Гуран, Ардешир (2000). Теория упругости для ученых и инженеров . Springer. С. 1–46. ISBN 081764072X . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чедвик, Питер (1999). Механика сплошной среды: краткая теория и проблемы . Дуврские книги по физике (2-е изд.). Dover Publications. С. 90–106. ISBN 0486401804 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чакрабарти, Дж. (2006). Теория пластичности (3-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. С. 17–32. ISBN 0750666382 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чаттерджи, Рабиндранат (1999). Математическая теория механики сплошной среды . Alpha Science Int’l Ltd. стр. 111–157. ISBN 8173192448 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чен, Вай-Фах; Хан, Да-Цзянь (2007). Пластичность для инженеров-строителей .Издательство Дж. Росс. С. 46–71. ISBN 1932159754 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Fung, Yuan-cheng; Тонг, Пин (2001). Классическая и вычислительная механика твердого тела . Том 1 серии Advanced по техническим наукам. World Scientific. С. 66–96. ISBN 9810241240 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Хэмрок, Бернар (2005). Основы элементов машин . Макгроу-Хилл. С. 58–59. ISBN 0072976829 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Хьельмстад, Кейт Д. (2005). Основы строительной механики . Международная серия Prentice-Hall по гражданскому строительству и инженерной механике (2-е изд.). Springer. С. 103–130. ISBN 038723330X . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Иргенс, Фритьов (2008). Механика сплошной среды . Springer. С. 42–81. ISBN 3540742972 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Джегер, Джон Конрад; Кук, Н.Г.У. и Циммерман Р.В. (2007). Основы механики горных пород (Четвертое изд.). Вили-Блэквелл. С. 9–41. ISBN 0632057599 . CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка) CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Люблинер, Якоб (2008). Теория пластичности (переработанное издание) (PDF). Dover Publications. ISBN 0486462900 . Архивировано из оригинального (PDF) 31 марта 2010 года. Проверено 24 июля 2011. CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Мейс, Джордж Э.(1970). Механика сплошной среды . Макгроу-Хилл. С. 44–76. ISBN 0070406634 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Mase, G. Thomas; Джордж Э. Мейс (1999). Механика сплошной среды для инженеров (Второе изд.). CRC Press. С. 47–102. ISBN 0-8493-1855-6 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Прагер, Уильям (2004). Введение в механику сплошных сред . Dover Publications. С. 43–61. ISBN 0486438090 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Смит, Дональд Рэй; Трусделл, Клиффорд (1993). Введение в механику сплошных сред — после Трусделла и Нолла . Springer. ISBN 0792324544 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Ву, Хань-Чин (2005). Механика сплошной среды и пластичность . CRC Press. С. 45–78. ISBN 1584883634 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)

Stress (механика) — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Рисунок 1.1 Напряжение в нагруженном деформируемом материальном теле, принимаемое как сплошная среда. Рисунок 1.2 Осевое напряжение в призматическом стержне, нагруженном в осевом направлении. Рисунок 1.3 Нормальное напряжение в призматическом (прямолинейном элементе с равномерной площадью поперечного сечения) стержне. Распределение напряжения или силы в поперечном сечении стержня не обязательно является равномерным. Однако можно использовать среднее нормальное напряжение σavg {\ displaystyle \ sigma _ {\ mathrm {avg}} \, \!}. Рисунок 1.4 Напряжение сдвига в призматическом стержне. Распределение напряжения или силы в поперечном сечении стержня не обязательно является равномерным.Тем не менее, среднее напряжение сдвига τavg {\ displaystyle \ tau _ {\ mathrm {avg}} \, \!} Является разумным приближением. ^[1]

Напряжение — это сила, приходящаяся на единицу площади тела, которая вызывает изменение формы. ^[2]

Напряжение — это мера внутренних сил в теле между его частицами. ^[2] Эти внутренние силы являются реакцией на внешние силы, приложенные к телу, которые заставляют его разделяться, сжиматься или скользить. ^[2] Внешние силы — это поверхностные или объемные силы.Напряжение — это средняя сила на единицу площади, которую частица тела оказывает на соседнюю частицу через воображаемую поверхность, которая их разделяет.

Формула одноосного нормального напряжения:

σ = FA {\ displaystyle {\ sigma} = {\ frac {F} {A}}}

где σ — напряжение, F — сила, а A — площадь поверхности.

В единицах СИ сила измеряется в ньютонах, а площадь — в квадратных метрах. Это означает, что напряжение составляет ньютоны на квадратный метр или Н / м ².Однако у стресса есть собственная единица СИ, называемая паскаль. 1 паскаль (символ Па) равен 1 Н / м ². В британских единицах измерения напряжение измеряется в фунтах силы на квадратный дюйм, что часто сокращается до фунта на квадратный дюйм. Размер напряжения такой же, как и у давления.

В механике сплошных сред нагруженное деформируемое тело ведет себя как сплошная среда. Таким образом, эти внутренние силы непрерывно распределяются в объеме материального тела. (Это означает, что распределение напряжений в теле выражается как кусочно-непрерывная функция пространства и времени.) Силы вызывают деформацию формы тела. Деформация может привести к необратимому изменению формы или разрушению конструкции, если материал недостаточно прочен.

Некоторые модели механики сплошных сред рассматривают силу как нечто, что может изменяться. Другие модели рассматривают деформацию материи и твердых тел, потому что характеристики материи и твердых тел трехмерны. Каждый подход может дать разные результаты. Классические модели механики сплошных сред предполагают среднюю силу и не включают должным образом «геометрические факторы».(Геометрия тела может иметь значение для распределения стресса и накопления энергии во время приложения внешней силы.)

Одноосное нормальное напряжение [изменение | изменить источник]

Напряжение растяжения (или растяжение) — это напряженное состояние, приводящее к расширению; то есть длина материала имеет тенденцию к увеличению в направлении растяжения.Объем материала остается постоянным. Когда к телу прикладываются равные и противоположные силы, то напряжение, создаваемое этой силой, называется растягивающим напряжением.

Следовательно, в одноосном материале длина увеличивается в направлении растягивающего напряжения, а в двух других направлениях уменьшается размер. При одноосном растяжении растягивающее напряжение вызывается растягивающими силами. Напряжение растяжения противоположно напряжению сжатия.

Конструктивные элементы, находящиеся на прямом растяжении: канаты, грунтовые анкеры и гвозди, болты и т. Д.Балки, подверженные изгибающим моментам, могут включать в себя напряжение растяжения, а также напряжение сжатия и / или напряжение сдвига.

Все реальные объекты занимают трехмерное пространство. Однако, если два измерения очень большие или очень маленькие по сравнению с другими, объект может быть смоделирован как одномерный. Это упрощает математическое моделирование объекта. Одномерные объекты включают кусок проволоки, загруженный на концах и просматриваемый сбоку, и металлический лист, загруженный на лицевую поверхность и просматриваемый вблизи и через поперечное сечение.

↑ Уолтер Д. Пилки, Оррин Х. Пилки (1974). Механика твердого тела . п. 292.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 Дейнтит, Джон, изд. (2005). Физический словарь (Пятое изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 509. ISBN 978-0-19-280628-4 .
↑ Рональд Л. Хьюстон и Гарольд Джозефс (2009), «Практический анализ напряжений в инженерном проектировании». 3-е издание, CRC Press, 634 страницы.ISBN 9781574447132

Амин, Мохаммед (2005). Вычислительная упругость: теория упругости, методы конечных и граничных элементов . Alpha Science Int’l Ltd. стр. 33–66. ISBN 184265201X . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Atanackovic, Teodor M .; Гуран, Ардешир (2000). Теория упругости для ученых и инженеров . Springer. С. 1–46. ISBN 081764072X . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чедвик, Питер (1999). Механика сплошной среды: краткая теория и проблемы . Дуврские книги по физике (2-е изд.). Dover Publications. С. 90–106. ISBN 0486401804 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чакрабарти, Дж. (2006). Теория пластичности (3-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. С. 17–32. ISBN 0750666382 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чаттерджи, Рабиндранат (1999). Математическая теория механики сплошной среды . Alpha Science Int’l Ltd.С. 111–157. ISBN 8173192448 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чен, Вай-Фах; Хан, Да-Цзянь (2007). Пластичность для инженеров-строителей . Издательство Дж. Росс. С. 46–71. ISBN 1932159754 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Fung, Yuan-cheng; Тонг, Пин (2001). Классическая и вычислительная механика твердого тела . Том 1 серии Advanced по техническим наукам. World Scientific. С. 66–96. ISBN 9810241240 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Хэмрок, Бернар (2005). Основы элементов машин . Макгроу-Хилл. С. 58–59. ISBN 0072976829 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Хьельмстад, Кейт Д. (2005). Основы строительной механики . Международная серия Prentice-Hall по гражданскому строительству и инженерной механике (2-е изд.). Springer. С. 103–130. ISBN 038723330X . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Иргенс, Фритьов (2008). Механика сплошной среды . Springer. С. 42–81. ISBN 3540742972 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Джегер, Джон Конрад; Кук, Н. Г. У. и Циммерман, Р. В. (2007). Основы механики горных пород (Четвертое изд.). Вили-Блэквелл. С. 9–41. ISBN 0632057599 . CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка) CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Люблинер, Якоб (2008). Теория пластичности (переработанное издание) (PDF).Dover Publications. ISBN 0486462900 . Архивировано из оригинального (PDF) 31 марта 2010 года. Проверено 24 июля 2011. CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Мейс, Джордж Э. (1970). Механика сплошной среды . Макгроу-Хилл. С. 44–76. ISBN 0070406634 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Mase, G. Thomas; Джордж Э. Мейс (1999). Механика сплошной среды для инженеров (Второе изд.). CRC Press. С. 47–102. ISBN 0-8493-1855-6 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Прагер, Уильям (2004). Введение в механику сплошных сред . Dover Publications. С. 43–61. ISBN 0486438090 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Смит, Дональд Рэй; Трусделл, Клиффорд (1993). Введение в механику сплошных сред — после Трусделла и Нолла . Springer. ISBN 0792324544 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Ву, Хань-Чин (2005). Механика сплошной среды и пластичность .CRC Press. С. 45–78. ISBN 1584883634 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)

Напряжение (механика) — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Рис. 1.1 Напряжение в нагруженном деформируемом материальном теле, принимаемое как континуум. Рисунок 1.2 Осевое напряжение в призматическом стержне, нагруженном в осевом направлении. Рисунок 1.3 Нормальное напряжение в призматическом (прямолинейном элементе с равномерной площадью поперечного сечения) стержне. Распределение напряжения или силы в поперечном сечении стержня не обязательно является равномерным.Однако можно использовать среднее нормальное напряжение σavg {\ displaystyle \ sigma _ {\ mathrm {avg}} \, \!}. Рисунок 1.4 Напряжение сдвига в призматическом стержне. Распределение напряжения или силы в поперечном сечении стержня не обязательно является равномерным. Тем не менее, среднее напряжение сдвига τavg {\ displaystyle \ tau _ {\ mathrm {avg}} \, \!} Является разумным приближением. ^[1]

Напряжение — это сила, приходящаяся на единицу площади тела, которая вызывает изменение формы. ^[2]

Напряжение — это мера внутренних сил в теле между его частицами.^[2] Эти внутренние силы являются реакцией на внешние силы, приложенные к телу, которые заставляют его разделяться, сжиматься или скользить. ^[2] Внешние силы — это поверхностные или объемные силы. Напряжение — это средняя сила на единицу площади, которую частица тела оказывает на соседнюю частицу через воображаемую поверхность, которая их разделяет.

Формула одноосного нормального напряжения:

σ = FA {\ displaystyle {\ sigma} = {\ frac {F} {A}}}

где σ — напряжение, F — сила, а A — площадь поверхности.

В единицах СИ сила измеряется в ньютонах, а площадь — в квадратных метрах. Это означает, что напряжение составляет ньютоны на квадратный метр или Н / м ². Однако у стресса есть собственная единица СИ, называемая паскаль. 1 паскаль (символ Па) равен 1 Н / м ². В британских единицах измерения напряжение измеряется в фунтах силы на квадратный дюйм, что часто сокращается до фунта на квадратный дюйм. Размер напряжения такой же, как и у давления.

В механике сплошных сред нагруженное деформируемое тело ведет себя как сплошная среда.Таким образом, эти внутренние силы непрерывно распределяются в объеме материального тела. (Это означает, что распределение напряжений в теле выражается как кусочно-непрерывная функция пространства и времени.) Силы вызывают деформацию формы тела. Деформация может привести к необратимому изменению формы или разрушению конструкции, если материал недостаточно прочен.

Одноосное нормальное напряжение [изменение | изменить источник]

↑ Уолтер Д. Пилки, Оррин Х. Пилки (1974). Механика твердого тела . п. 292.
↑ ^2.0 ^2,1 ^2,2 Дейнтит, Джон, изд. (2005). Физический словарь (Пятое изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 509. ISBN 978-0-19-280628-4 .
↑ Рональд Л. Хьюстон и Гарольд Джозефс (2009), «Практический анализ напряжений в инженерном проектировании». 3-е издание, CRC Press, 634 страницы. ISBN 9781574447132

Амин, Мохаммед (2005). Вычислительная упругость: теория упругости, методы конечных и граничных элементов .Alpha Science Int’l Ltd. стр. 33–66. ISBN 184265201X . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Atanackovic, Teodor M .; Гуран, Ардешир (2000). Теория упругости для ученых и инженеров . Springer. С. 1–46. ISBN 081764072X . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чедвик, Питер (1999). Механика сплошной среды: краткая теория и проблемы . Дуврские книги по физике (2-е изд.). Dover Publications. С. 90–106. ISBN 0486401804 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чакрабарти, Дж. (2006). Теория пластичности (3-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. С. 17–32. ISBN 0750666382 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чаттерджи, Рабиндранат (1999). Математическая теория механики сплошной среды . Alpha Science Int’l Ltd. стр. 111–157. ISBN 8173192448 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Чен, Вай-Фах; Хан, Да-Цзянь (2007). Пластичность для инженеров-строителей .Издательство Дж. Росс. С. 46–71. ISBN 1932159754 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Fung, Yuan-cheng; Тонг, Пин (2001). Классическая и вычислительная механика твердого тела . Том 1 серии Advanced по техническим наукам. World Scientific. С. 66–96. ISBN 9810241240 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Хэмрок, Бернар (2005). Основы элементов машин . Макгроу-Хилл. С. 58–59. ISBN 0072976829 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Хьельмстад, Кейт Д. (2005). Основы строительной механики . Международная серия Prentice-Hall по гражданскому строительству и инженерной механике (2-е изд.). Springer. С. 103–130. ISBN 038723330X . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Иргенс, Фритьов (2008). Механика сплошной среды . Springer. С. 42–81. ISBN 3540742972 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Джегер, Джон Конрад; Кук, Н.Г.У. и Циммерман Р.В. (2007). Основы механики горных пород (Четвертое изд.). Вили-Блэквелл. С. 9–41. ISBN 0632057599 . CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка) CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Люблинер, Якоб (2008). Теория пластичности (переработанное издание) (PDF). Dover Publications. ISBN 0486462900 . Архивировано из оригинального (PDF) 31 марта 2010 года. Проверено 24 июля 2011. CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Мейс, Джордж Э.(1970). Механика сплошной среды . Макгроу-Хилл. С. 44–76. ISBN 0070406634 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Mase, G. Thomas; Джордж Э. Мейс (1999). Механика сплошной среды для инженеров (Второе изд.). CRC Press. С. 47–102. ISBN 0-8493-1855-6 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Прагер, Уильям (2004). Введение в механику сплошных сред . Dover Publications. С. 43–61. ISBN 0486438090 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Смит, Дональд Рэй; Трусделл, Клиффорд (1993). Введение в механику сплошных сред — после Трусделла и Нолла . Springer. ISBN 0792324544 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Ву, Хань-Чин (2005). Механика сплошной среды и пластичность . CRC Press. С. 45–78. ISBN 1584883634 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)

Напряжение и деформация

Условные обозначения и единицы измерения

В таблице ниже указаны символы и единицы измерения, используемые при расчете напряжений и деформаций.

Описание	Символ	Имя	Шт.
Прямое напряжение	σ	Sigma	Н / м² и Н / мм²
Прямая деформация	ε	Эпсилон	Нет
Напряжение сдвига	τ	Тау	Н / м² и Н / мм²
Модуль упругости Юнга	E		Н / м² и Н / мм²

Примечание: 1 Н / мм² = 10⁶Н / м² = 1 МН / м²
И 1 кН / мм² = 1 ГН / м²
Альтернативой напряжению является паскаль (па), равный 1 Н / м².

Можно выделить два эффекта, когда сила действует на твердый материал, который остается неподвижным.

Материал будет: —

Приложите внутреннюю силу сопротивления, известную как состояние напряжения;
Испытайте размерные изменения

Такое поведение типично для нагруженных инженерных компонентов, но изменения размеров обычно небольшие, обычно не видны невооруженным глазом.

Прямые силы

Один конец стержня может подвергаться давлению или растяжению.Теперь, если штанга остается неподвижной, тяга на одном конце должна приводить к равному и противоположному натяжению на другом конце, и говорят, что штанга находится в напряжении. Точно так же толчок на одном конце сопровождается толчком на другом конце, и штанга сжимается.

Силы, вызывающие растяжение или сжатие, называются прямыми силами.

Кроме того, прямые силы называются либо растягивающими (растяжение), либо сжимающими (толкающими).

Силы растяжения заставляют стержень растягиваться, а силы сжатия заставляют стержень сжиматься.

Рис.1

Рис. 1 Показывает стержень, на который действует растягивающая сила с обоих концов, заставляющая стержень растягиваться.

F = приложенная сила
A = Площадь поперечного сечения стержня
L = Исходная длина стержня
x = изменение длины под действием приложенной силы, F

12.4: Напряжение, деформация и модуль упругости (Часть 1)

Цели обучения

Объяснить концепции напряжения и деформации при описании упругих деформаций материалов
Описать виды упругого деформирования предметов и материалов

Модель твердого тела — это идеализированный пример объекта, который не деформируется под действием внешних сил.Это очень полезно при анализе механических систем, а многие физические объекты действительно в значительной степени жесткие. Степень, в которой объект может восприниматься как жесткий, зависит от физических свойств материала, из которого он сделан. Например, мяч для пинг-понга, сделанный из пластика, является хрупким, а теннисный мяч, сделанный из резины, эластичным, когда на него воздействуют сжимающие силы. Однако при других обстоятельствах и мяч для пинг-понга, и теннисный мяч могут хорошо отскакивать как твердые тела.Точно так же тот, кто проектирует протезы конечностей, может приблизиться к механике человеческих конечностей, моделируя их как твердые тела; однако фактическая комбинация костей и тканей представляет собой эластичную среду.

В оставшейся части этого раздела мы переходим от рассмотрения сил, влияющих на движение объекта, к тем, которые влияют на форму объекта. Изменение формы из-за приложения силы называется деформацией. Известно, что даже очень небольшие силы вызывают некоторую деформацию.Деформация испытывается объектами или физическими средами под действием внешних сил — например, это может быть сжатие, сжатие, разрыв, скручивание, срезание или растяжение объектов. На языке физики два термина описывают силы, действующие на объекты, подвергающиеся деформации: напряжение и деформация .

Напряжение — это величина, которая описывает величину сил, вызывающих деформацию. Напряжение обычно определяется как силы на единицу площади .Когда силы притягивают объект и вызывают его удлинение, например, растяжение эластичной ленты, мы называем такое напряжение растягивающим напряжением . Когда силы вызывают сжатие объекта, мы называем это напряжением сжатия . Когда объект сжимается со всех сторон, как подводная лодка в глубинах океана, мы называем этот вид напряжения объемным напряжением (или объемным напряжением ). В других ситуациях действующие силы могут быть ни растягивающими, ни сжимающими, и все же вызывать заметную деформацию.Например, предположим, что вы крепко держите книгу ладонями, затем одной рукой вы нажимаете и тянете переднюю обложку от себя, а другой рукой вы нажимаете и тянете заднюю обложку в направлении ты. В таком случае, когда деформирующие силы действуют по касательной к поверхности объекта, мы называем их «поперечными» силами, а вызываемое ими напряжение называется напряжением сдвига .

Единицей измерения напряжения в системе СИ является паскаль (Па). Когда сила в один ньютон воздействует на единицу площади квадратного метра, результирующее напряжение составляет один паскаль:

\ [один \; паскаль = 1.{5} \; Па = 14,7 \; фунт / кв. дюйм \ ldotp \]

Объект или среда под напряжением деформируются. Величина, описывающая эту деформацию, называется деформация . Деформация задается как частичное изменение длины (при растягивающем напряжении), объема (при объемном напряжении) или геометрии (при напряжении сдвига). Следовательно, деформация — это безразмерное число. Деформация под действием растягивающего напряжения называется деформацией растяжения , деформация под объемным напряжением называется объемной деформацией (или объемной деформацией ), а деформация, вызванная напряжением сдвига, называется деформацией сдвига .

Чем больше напряжение, тем больше напряжение; однако связь между деформацией и напряжением не обязательно должна быть линейной. Только когда напряжение достаточно низкое, деформация, которую оно вызывает, прямо пропорциональна величине напряжения. Константа пропорциональности в этом отношении называется модулем упругости . В линейном пределе низких значений напряжения общее соотношение между напряжением и деформацией составляет

\ [напряжение = (упругость \; модуль) \ умноженная на деформацию \ ldotp \ label {12.33} \]

Как видно из анализа размеров этого соотношения, модуль упругости имеет ту же физическую единицу, что и напряжение, поскольку деформация безразмерна.

Из уравнения \ ref {12.33} также видно, что, когда объект характеризуется большим значением модуля упругости, влияние напряжения невелико. С другой стороны, небольшой модуль упругости означает, что напряжение вызывает большую деформацию и заметную деформацию. Например, напряжение на резиновой ленте вызывает большую деформацию (деформацию), чем такое же напряжение на стальной ленте тех же размеров, потому что модуль упругости резины на два порядка меньше модуля упругости стали.

Модуль упругости при растяжении называется модулем Юнга ; модуль объемного напряжения называется модулем объемного сжатия ; модуль сдвига называется модулем сдвига . Обратите внимание, что связь между напряжением и деформацией — это наблюдаемая зависимость, измеренная в лаборатории. Модули упругости для различных материалов измеряются при различных физических условиях, таких как изменяющаяся температура, и собираются в таблицах технических данных для справки (Таблица \ (\ PageIndex {1} \)).Эти таблицы являются ценными справочными материалами для промышленности и для всех, кто занимается проектированием или строительством. В следующем разделе мы обсудим отношения между деформацией и напряжением за пределами линейного предела, представленного уравнением \ ref {12.33}, в полном диапазоне значений напряжения до точки разрушения. В оставшейся части этого раздела мы изучаем линейный предел, выражаемый уравнением \ ref {12.33}.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Приблизительные модули упругости для выбранных материалов
Материал	Модуль Юнга × 10 ¹⁰ Па	Объемный модуль × 10 ¹⁰ Па	Модуль сдвига × 10 ¹⁰ Па
Алюминий	7.0	7,5	2,5
Кость (напряжение)	1,6	0,8	8,0
Кость (компрессия)	0,9
Латунь	9,0	6,0	3,5
Кирпич	1.5
Бетон	2,0
Медь	11,0	14,0	4,4
Коронное стекло	6,0	5,0	2,5
Гранит	4.5	4,5	2,0
Волосы (человеческие)	1,0
Твердая древесина	1,5		1,0
Утюг	21,0	16,0	7,7
Свинец	1.6	4,1	0,6
Мрамор	6,0	7,0	2,0
Никель	21,0	17,0	7,8
Полистирол	3,0
Шелк	6.0
Паутинка	3,0
Сталь	20,0	16,0	7,5
Ацетон		0,07
Этанол		0.09
Глицерин		0,45
Меркурий		2,5
Вода		0,22

Растягивающее или сжимающее напряжение, деформация и модуль Юнга

Напряжение или сжатие возникает, когда две антипараллельные силы равной величины действуют на объект только в одном из его измерений таким образом, что объект не перемещается.Один из способов представить себе такую ситуацию показан на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Сегмент стержня либо растягивается, либо сжимается парой сил, действующих по его длине и перпендикулярно его поперечному сечению. Чистый эффект таких сил состоит в том, что стержень изменяет свою длину от исходной длины L ₀, которая была у него до появления сил, на новую длину L, которая у него есть под действием сил. Это изменение длины \ (\ Delta \) L = L — L ₀ может быть либо удлинением (когда \ (L \) больше исходной длины \ (L_o \)), либо сжатием (когда L меньше исходная длина L ₀).Напряжение растяжения и деформация возникают, когда силы растягивают объект, вызывая его удлинение, а изменение длины \ (\ Delta L \) положительное. Напряжение сжатия и деформация возникают, когда силы сжимают объект, вызывая его сокращение, а изменение длины \ (\ Delta L \) отрицательно.

В любой из этих ситуаций мы определяем напряжение как отношение деформирующей силы \ (F _ {\ perp} \) к площади поперечного сечения A деформируемого объекта. Символ F _{\ (\ perp \)}, который мы оставляем за деформирующей силой, означает, что эта сила действует перпендикулярно поперечному сечению объекта.Силы, действующие параллельно поперечному сечению, не изменяют длину объекта. Определение растягивающего напряжения —

\ [растяжение \; стресс = \ frac {F _ {\ perp}} {A} \ ldotp \ label {12.34} \]

Деформация растяжения — это мера деформации объекта при растягивающем напряжении и определяется как частичное изменение длины объекта, когда объект испытывает растягивающее напряжение.

\ [растяжение \; деформация = \ frac {\ Delta L} {L_ {0}} \ ldotp \ label {12.35} \]

Напряжение сжатия и деформация определяются по одним и тем же формулам, Equations \ ref {12.34} и \ ref {12.35} соответственно. Единственное отличие от ситуации с растяжением состоит в том, что для сжимающего напряжения и деформации мы берем абсолютные значения правых частей в уравнениях \ ref {12.34} и \ ref {12.35}.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Когда объект находится в состоянии растяжения или сжатия, результирующая сила, действующая на него, равна нулю, но объект деформируется, изменяя свою исходную длину L ₀. (а) Натяжение: стержень удлинен на \ (\ Delta \) L. (b) Сжатие: стержень сжимается на \ (\ Delta \) L.В обоих случаях деформирующая сила действует по длине стержня и перпендикулярно его поперечному сечению. В линейном диапазоне малых напряжений площадь поперечного сечения стержня не изменяется.

Модуль Юнга \ (Y \) — это модуль упругости, когда деформация вызвана либо растягивающим, либо сжимающим напряжением, и определяется уравнением \ ref {12.33}. Разделив это уравнение на деформацию растяжения, мы получим выражение для модуля Юнга:

\ [Y = \ frac {растяжение \; напряжение} {растяжение \; деформация} = \ frac {\ frac {F _ {\ perp}} {A}} {\ frac {\ Delta L} {L_ {0}}} = \ frac {F _ {\ perp}} {A} = \ frac {L_ {0}} {\ Delta L} \ ldotp \ label {12.36} \]

Пример \ (\ PageIndex {1} \): напряжение сжатия в опоре

Скульптура весом 10 000 Н покоится на горизонтальной поверхности на вершине вертикального столба высотой 6,0 м. Рисунок \ (\ PageIndex {1} \). Площадь поперечного сечения столба 0,20 м ², он выполнен из гранита с удельной массой 2700 кг / м ³. Найдите сжимающее напряжение в поперечном сечении, расположенном на 3,0 м ниже верха столба, и значение сжимающей деформации верха 3.0-м отрезок столба.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Колонна Нельсона на Трафальгарской площади, Лондон, Англия. (кредит: модификация работы Кристиана Бортеса)

Стратегия

Сначала мы находим вес верхней части столба длиной 3,0 м. Нормальная сила, действующая на поперечное сечение, расположенное на 3,0 м ниже вершины, складывается из веса столба и веса скульптуры. Когда у нас есть нормальная сила, мы используем уравнение 12.34, чтобы найти напряжение. Чтобы найти деформацию сжатия, мы находим значение модуля Юнга для гранита в таблице \ (\ PageIndex {1} \) и инвертируем уравнение \ ref {12.{-6} \ ldotp \]

Значение

Обратите внимание, что нормальная сила, действующая на площадь поперечного сечения колонны, непостоянна по ее длине, а изменяется от наименьшего значения наверху до наибольшего значения внизу колонны. Таким образом, если опора имеет равномерную площадь поперечного сечения по всей длине, наибольшее напряжение у ее основания.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Найдите сжимающее напряжение и деформацию в основании колонны Нельсона.

Пример \ (\ PageIndex {2} \): растягивание стержня

Стальной стержень длиной 2,0 м имеет площадь поперечного сечения 0,30 см. ². Штанга является частью вертикальной опоры, которая удерживает тяжелую платформу весом 550 кг, которая подвешена к нижнему концу штанги. Пренебрегая весом стержня, каково растягивающее напряжение стержня и удлинение стержня под действием напряжения?

Стратегия

Сначала мы вычисляем растягивающее напряжение в стержне под весом платформы в соответствии с уравнением 12.{-3} \; m = 1,8 \; мм \ ldotp \ end {split} \]

Значение

Как и в примере с колонной, растягивающее напряжение в этом примере неоднородно по длине стержня. Однако, в отличие от предыдущего примера, если принять во внимание вес штанги, напряжение в штанге будет наибольшим в верхней части и наименьшим в нижней части штанги, к которой прикреплено оборудование.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Трос длиной 2,0 м тянется 1.0 мм при нагрузке. Какова деформация растяжения в проволоке?

Объекты часто могут одновременно испытывать и сжимающее, и растягивающее напряжение. Рис. \ (\ PageIndex {3} \). Один из примеров — длинная полка, загруженная тяжелыми книгами, которая провисает между концевыми опорами под весом книг. Верхняя поверхность полки испытывает напряжение сжатия, а нижняя поверхность полки — растягивающее напряжение. Точно так же длинные и тяжелые балки провисают под собственным весом. В современном строительстве такие деформации изгиба можно практически исключить с помощью двутавровых балок Рисунок \ (\ PageIndex {4} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): (a) Объект, изгибающийся вниз, испытывает растягивающее напряжение (растяжение) в верхней части и сжимающее напряжение (сжатие) в нижней части. (б) Элитные тяжелоатлеты часто временно сгибают железные прутья во время подъема, как на Олимпийских играх 2012 года. (кредит b: модификация работы Александра Кочерженко) Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Стальные двутавровые балки используются в строительстве для снижения деформаций изгиба. (Источник: модификация работы «Инженерный корпус армии США в Европе» / Flickr)

Симуляторы

Тяжелый ящик стоит на столе, поддерживаемом тремя столбцами.Просмотрите эту демонстрацию, чтобы переместить коробку, чтобы увидеть, как изменяется сжатие (или растяжение) в столбцах, когда коробка меняет свое положение.

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Напряжение — Типы напряжения, определение и формула

Для расчета напряжения используется приведенная ниже формула:

Напряжение = сила / площадь поперечного сечения

σ = F / A

Где,

σ = Напряжение

F = Сила в Ньютонах (Н)

A = Площадь поперечного сечения в м²

Единицы напряжения = Н / м² или Паскали (Па)

Типы напряжения:

Существуют различные типы стресса в физике, но в основном его можно разделить на три формы:

1.Нормальное напряжение

2. Касательное напряжение или напряжение сдвига

3. Гидравлическое напряжение

Нормальное напряжение:

Напряжение, возникающее при нагружении элемента осевой силой, называется нормальной силой. Другими словами, когда прикладываемое напряжение перпендикулярно телу. При изменении длины тела объем объекта напряжения будет нормальным. Он представляет собой символ σ. Единица измерения нормального напряжения в системе СИ — МПа.

Формула ниже используется для расчета нормального напряжения:

Нормальное напряжение = осевое усилие / площадь поперечного сечения

σ = P / A

Нормальное напряжение возникает, когда объект помещены в растяжение или сжатие.

Продольное напряжение:

Когда длина тела изменяет свою длину из-за приложенного нормального напряжения, это называется продольным напряжением.

Продольное напряжение = деформирующая сила / площадь поперечного сечения

Продольное напряжение = F / A

Продольное напряжение можно разделить на две категории. Растягивающее напряжение можно наблюдать, когда стержень растягивается согласно третьему закону движения Ньютона.Растягиваемая резинка — типичный пример растягивающего напряжения. Противоположным натяжению является сжатие, когда оно воздействует на стержень, который толкается противоположными или равными силами на его концах. Если вы когда-либо сжимали в руках резиновый мяч, вы создавали сжимающее напряжение.

Объемное напряжение или объемное напряжение:

Объемное напряжение — это напряжение, при котором объем тела изменяется из-за напряжения. Нормальная нагрузка на тело вызывает изменение длины или объема, а касательное напряжение вызывает изменение формы тела, что называется объемным напряжением.Тело, которое находится под силой давления p, при погружении в жидкость противостоит телу силе, перпендикулярной поверхности тела.

Объемное напряжение = Сила / Площадь = Давление

Напряжение сдвига:

Напряжение сдвига — это сила, приложенная по касательной к площади поверхности плоскости. Когда силы, прикладываемые к поверхности, параллельны ей, и напряжение, действующее на поверхность, также строится по касательной. Этот вид стресса известен как напряжение сдвига.

Распределенное напряжение = Сила / Площадь поверхности = F / A

Растягивающее напряжение:

Сила на единицу площади определяется как растягивающее напряжение. Если приложено напряжение, длина тела увеличивается из-за силы. Напряжение растяжения наблюдается, когда стержень растягивается по третьему закону движения. Резина — распространенный пример растягивающего напряжения. Это количество, связанное с растяжением. Обозначается он σ.

Напряжение сжатия:

Когда мы прикладываем тангенциальную силу к телу, форма и объем тела изменяются.Когда приложено напряжение сжатия, длина тела уменьшается. Напряжение сжатия противоположно напряжению растяжения. Если вы когда-нибудь сжимали в руке пищащую игрушку домашнего животного, вы создаете сжимающую нагрузку на тело.

Касательное напряжение:

Когда мы выражаем силу на единицу площади, это нормальное напряжение и касательное напряжение соответственно. Когда две равные и противоположные деформирующие силы прикладываются параллельно площади поперечного сечения объекта, возникает относительное смещение между противоположными гранями тела, а восстанавливающая сила на единицу площади, развиваемая из-за приложенной тангенциальной силы, называется тангенциальной. стресс.

Гидравлическое напряжение:

Гидравлическое напряжение — это мера внутренней силы на единицу площади, действующей на жидкости. Гидравлическое напряжение — это восстанавливающая сила на единицу площади, когда сила прикладывается жидкостью к телу. Напряжение физически не то же самое, что давление, потому что в давлении учитывается внешняя сила на единицу площади, а в напряжении — это внутренняя сила на единицу площади. В случае жидкостей гидравлическое напряжение определяется таким же образом.

Радиальное напряжение:

Радиальное напряжение рассчитано для толстостенного цилиндра, которое равно манометрическому давлению на внутренней поверхности и равно нулю на внешней поверхности и противоположно ему.Окружное напряжение и продольное напряжение больше, чем радиальное напряжение, поэтому радиальным напряжением пренебрегают.

Напряжение — это физическая величина, определяющая внутреннюю силу. Напряжение определяется как сила, действующая через «маленькую» границу на единицу площади этой границы. Напряжение — это фундаментальная величина, такая как скорость, крутящий момент (энергия).

В голове возникает один вопрос, на чем можно акцентировать внимание, а на чем — нет. Вы, должно быть, заметили, что есть такие предметы, как резина, которые можно легко растянуть.Другими словами, мы можем объяснить это, когда к любому объекту прилагается растягивающая сила (сила растяжения). Он будет расширяться. Например, резинка легко растягивается. Сила растяжения, приложенная к резиновому объекту. Однако можно ли протянуть железный прут? Ответ — нет, потому что на железный стержень не действует сила натяжения.

Есть некоторые основные положения механики сплошной среды, напряжение — это макроскопическое понятие. Частицы, чтобы мыслить в своем описании и анализе, должны быть достаточно маленькими, чтобы работать как однородные в создании и состоянии, но все же большими, чтобы игнорировать квантовые эффекты и детальные движения молекул.Таким образом, сила между двумя частицами на самом деле является средним значением очень большого числа атомных сил между их молекулами; и в физическом выражении, таком как масса, скорость и силы, он действует через большую часть трехмерных тел, и предполагается, что они плавно распределяются по ним.

Давайте обсудим это на примере. Возьмем резиновую трубу и железный стержень, возьмем другой объект квадратной формы, и второй объект висит на резиновой трубе и железном стержне. Подождите некоторое время, затем потяните оба объекта в первом объекте, вы увидите, что первый объект имеет силу растяжения, а другой объект не имеет силы растяжения.

Анализ напряжений — это часть прикладной физики, которая скрывает классификацию внутреннего распределения внутренних сил в твердых телах.

Исследование и проектирование таких конструкций, как плотины, несущие конструкции и туннели, механические части, подверженные предписанным или ожидаемым нагрузкам, являются важной частью инженерного дела. Это также важно во многих других регламентациях; например, в геологии, чтобы изучить теорию тектоники плит, вулканизма и лавин; и в биологии, чтобы понять анатомию живых существ.

Напряжение и деформация — цилиндрический стержень с площадью поперечного сечения

Прямое напряжение и деформация

На Фиг.1 (a) показан цилиндрический стержень с площадью поперечного сечения A при растяжении , тогда как на Фиг.1 (b) показан тот же стержень при сжатии . Приложенные силы F находятся на одной линии и перпендикулярны (перпендикулярны) площади поперечного сечения стержня. Поэтому говорят, что стержень подвергается прямому напряжению .Прямое напряжение обозначается символом σ (греческая буква сигма).

Прямое напряжение σ = приложенная сила F / площадь поперечного сечения A

Рис. 1: Прямое напряжение

Напряжение сдвига

На рис. 2 показано клепаное соединение. Поскольку приложенные силы Q находятся на смещении (не на одной линии), говорят, что заклепка подвергается сдвиговому напряжению , которому присвоено обозначение τ (греческая буква тау).

Напряжение сдвига τ = поперечное усилие Q / площадь сдвига A

Прямое напряжение и напряжение сдвига обычно имеют достаточную величину для измерения в МН / м ²

Рис 2.Сдвиговое (непрямое) напряжение

Прямая деформация

Силы, действующие на тело и вызывающие прямое напряжение, также вызывают изменение размеров этого тела. Например, растягивающая нагрузка будет вызывать растягивающее напряжение, а также заставлять тело растягиваться, как показано на рис. 3 (а). Точно так же сжимающая нагрузка заставляет тело укорачиваться, как показано на рис. 3 (b). Прямая деформация обозначается символом ε (греческая буква эпсилон).

Прямая деформация ε = изменение длины xl исходная длина l

Поскольку и изменение длины, и исходная длина измеряются в одних и тех же единицах, деформация является коэффициентом и не имеет единиц.

Рис. 3. Прямая деформация

Деформация сдвига

Деформация сдвига показана на рис. 4. Приложенные силы Q смещены и вызывают деформацию материала. Деформации сдвига обозначаются символом γ (греческая буква гамма).

Деформация сдвига γ = деформация x / исходный размер л

Опять же, это соотношение, поэтому единиц нет.

Модуль упругости (закон Гука)

Закон Гука гласит, что в пределах диапазона упругости для любого данного материала деформация пропорциональна приложенной силе, создающей его.Когда этот закон применяется к пружине:

Жесткость пружины = прямое напряжение σ / прямая деформация ε

Модуль упругости E может быть получен из закона Гука. Напряжение прямо пропорционально деформации, в то время как материал подвергается нагрузке в пределах своего диапазона упругости, таким образом:

Напряжение ∝ деформация

Рис. 4. Непрямая деформация сдвига

Следовательно:

Напряжение = деформация * постоянная

Следовательно:

Напряжение / деформация = постоянная

Эта постоянная (обозначение E ) называется модулем упругости (или модулем Юнга) и измеряется в GN / м ².

E = напряжение σ / напряжение ε

Модуль жесткости

Модуль жесткости G относится к деформации сдвига и напряжения сдвига таким образом, что:

Модуль жесткости G = напряжение сдвига τ / деформация сдвига γ

Модуль жесткости также измеряется в ГН / м ². В таблице показаны модули жесткости и упругости для некоторых типичных материалов.

Модуль упругости и модуль жесткости для некоторых типичных материалов.
Материал	Модуль упругости (E) GN / м ²	Модуль жесткости (G) GN / м ²
Алюминий	70	26
Латунь (70/30)	101	37
Кадмий	59	19
Хром	279	115
Медь	130	48
Чугун (литье)	152	60
Свинец	16	6
Сталь (мягкая)	212	82
Олово	50	18
Титан	116	44
Вольфрам	411	161
цинк	108	43

Напряжение скручивания

Со ссылкой на рис.5 видно, что при действии на вал круглого сечения крутящего момента (крутящего момента) T :

Все секции вала остаются круглыми и неизменным диаметром.
Плоские поперечные сечения остаются плоскими (только круглыми), если угол скручивания небольшой.

Рис. 5: Напряжение и деформация кручения

Для изолированного цилиндрического элемента вала торцевые поверхности остаются плоскими, и любой прямоугольный элемент поверхности abcd будет находиться в состоянии чистого сдвига.Напряжения сдвига по направлениям ad и bc будут вызывать дополнительные напряжения сдвига по направлениям ab и cd. Продольное скручивание вала происходит так, что отрезки ab и cd срезаются на угол φ относительно линии AB.

Для чистого сдвига и малых углов скручивания угол φ представляет деформацию сдвига , а τ — напряжение сдвига на поверхности вала. Начиная с:

Модуль жесткости G = напряжение сдвига / деформация сдвига

и:

Arc BB ₁ = l φ при небольшом φ

и:

Дуга BB ₁ = rθ

где:

r = радиус вала

θ = угол закрутки по всей длине l вала.

Следовательно:

l φ = дуга BB ₁ = rθ

φ = rθ / л

Подставляя φ в уравнение (1):

G = τ / ( rθ / l ) или τ / r = Gθ / l

Примечание :

Поскольку G и l постоянны для любого данного вала, а _ постоянны для всех радиусов в любом конкретном поперечном сечении, то:

τ / r = постоянная

Таким образом, напряжение сдвига в любой точке данного поперечного сечения пропорционально радиусу, и напряжение равномерно увеличивается от нуля в центре вала до максимума на внешнем радиусе.По этой причине очевидно, что полый вал может передавать больший крутящий момент, чем сплошной вал той же площади поперечного сечения.

Кольцевое напряжение в тонких цилиндрических оболочках

Со ссылкой на фиг. 6 можно увидеть, что давление P имеет тенденцию к увеличению диаметра цилиндра. Это растягивает стенки цилиндра по окружности и создает растягивающее напряжение, известное как кольцевое напряжение σ _h.

Сила внутреннего давления P уравновешивается кольцевым напряжением σ _h.Отсюда:

Напряжение кольца × площадь = давление × площадь проекции

σ _h × 2 lt = Pdl

σ _h = Pd / 2t

Рис. 6. Кольцевое напряжение в тонких цилиндрических оболочках

Продольные напряжения в тонких цилиндрических оболочках

Со ссылкой на фиг. 7 можно увидеть, что внутреннее давление P также является растягивающим напряжением в продольном направлении, известным как σ ₁.Следовательно, давление P , действующее на площади π d 2/4, уравновешивается продольным напряжением σ ₁, действующим на площади π dt. (Строго говоря, следует использовать средний диаметр, но, поскольку толщина стенки t мала по сравнению с диаметром, это приближение является адекватным.) Таким образом:

P × (π d ²/4) = σ ₁ × π dt

σ ₁ = (π Pd ²) / (4π dt )

σ ₁ = Pd /4 т

Примечание :

Уравнения для σ _h и σ _l предполагают, что напряжения для всех практических целей постоянны по толщине стенки.Это действительно только в том случае, если отношение толщины к внутреннему диаметру меньше 1:20.

Рис.7. Продольные напряжения в тонких цилиндрических оболочках

Электрическое напряжение: определение, формула, вольтметр

Определение электрического напряжения

Напряжение на полюсах источника тока

Вольтметр

Нужна помощь в учебе?

Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике

Что такое напряжение

От чего зависит напряжение

Виды напряжения электрического тока

Меры предосторожности

Видео

Буквенные обозначения употребляемых в электротехнике величин

Электрическое напряжение

I Мотивационно-ориентировочный этап (9 мин)

II Исполнительский этап (27 мин)

III. Рефлексивно-оценочный этап (4 мин)

IV. Домашнее задание

Физика 8 класс. Измерение силы тока и напряжения. Измерение работы и мощности тока :: Класс!ная физика

Устали? — Отдыхаем!

суть и принцип для начинающих чайников

Определение ЭДС в физике

Объясняем суть ЭДС «на пальцах»

Природа ЭДС

Вольт обозначение в физике

Содержание

Определение [ править | править код ]

Определение на основе эффекта Джозефсона [ править | править код ]

Шкала напряжений [ править | править код ]

Исторический экскурс [ править | править код ]

Кратные и дольные единицы [ править | править код ]

Что такое Вольт. Определение

Кратные и дольные единицы

Напряжение (механика) — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Одноосное нормальное напряжение [изменение | изменить источник]

Stress (механика) — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Одноосное нормальное напряжение [изменение | изменить источник]

Напряжение (механика) — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Одноосное нормальное напряжение [изменение | изменить источник]

Напряжение и деформация

Условные обозначения и единицы измерения

Прямые силы

12.4: Напряжение, деформация и модуль упругости (Часть 1)

Растягивающее или сжимающее напряжение, деформация и модуль Юнга

Авторы и авторство

Напряжение — Типы напряжения, определение и формула

Типы напряжения:

Нормальное напряжение:

Продольное напряжение:

Объемное напряжение или объемное напряжение:

Напряжение сдвига:

Растягивающее напряжение:

Напряжение сжатия:

Касательное напряжение:

Гидравлическое напряжение:

Радиальное напряжение:

Напряжение и деформация — цилиндрический стержень с площадью поперечного сечения

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики